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机械硬盘能走多远 迈入3TB时代问题

出于某些原因，相对于CPU和显卡的不断进步来说，硬盘的发展可谓相当缓慢，同时硬盘长期被挂着“电脑最主要瓶颈来源”的称号，这么说确实一点也没有错，毕竟多年以来硬盘的机械结构一直也没有得到改变。

当然，硬盘看上去就是一个平淡无奇的长方形“砖块”，但是如果你手头上有一块你已经不再使用的老硬盘的话，你完全可以想方设法将硬盘的外壳卸下来，以便窥探一下它的内部。那么这时你就会发现硬盘内部的构造非常先进——磁头在精密的磁盘片上移动，探寻着成千上万兆字节的数据的海洋。

然而硬盘的这种机械式结构注定了它将产生相当的噪音，发热量等等。另外从目前来看，硬盘发展到现在再用每字节成本来计算的话就显得非常不合适了，这得益于硬盘容量的快速发展。这其中不可不提到的就是从纵向记录技术向垂直记录技术的转化，以及其他大量相关技术的支持，让我们得以保证硬盘容量的持续性发展。

这些技术中包括HAMR（热辅助磁记录）技术，在数据写入之前使用激光热辅助手段将数据记录到高稳定性介质上，以此使得硬盘能在更小的空间内存储更多的数据。同时，晶格介质（Patterned Media）技术通过人工方式（光蚀刻微影）规定了一个统一的网格小磁性细胞，在较少的空间里存储一个bit，同时允许更高的存储密度。

这些技术可以说是计算世界的一个遗迹，尽管在目前的应用环境下来看硬盘的发展依然平稳，但是它依然面临着下一次突破的障碍，而这也可能是最大的障碍。

几个月以前，希捷曾宣布将在今年年内推出首款容量达到3TB的企业级硬盘，这个数字看上去非常不错，但是突破瓶颈了另外一层意义也在这里体现了出来。其实这里的问题并不在于引入晶格介质（Patterned Media），希捷公司的产品经理Emily Ford曾指出，容量扩充到3TB根本不需要晶格介质，也不需要任何相关的技术。

同时也不需要引入HAMR，希捷的高级公关经理David Szabados解释到像HAMR或者晶格介质的应用几年后才会应用到。同时Szabados还补充道当前存储技术的容量极限是有一个确切的数字的，这应该会在三到五年内出现。

事实上，当前机械硬盘发展的最大威胁并不在于技术本身，也不在于固态硬盘的强势冲击。正如我们将在本文后面部分内容提到的那样，当前硬盘容量发展的最大的问题来源于很多年前PC所遗留下来的问题。总之，要想实现超过2TB的硬盘容量需要颠覆一些传统PC的基石。

30年遗留问题 Long LBA协助超越2TB

关于刚刚提到的问题，我们要把话题引回到1981年，那个时候IBM和微软在携手打造将成为世界上第一台PC的IBM 5150,。从当时来看，5150支持的最大内存容量为256KB，没有硬盘，支持两个5.25英寸360KB软盘，同时磁带也是当时主流的存储设备。

相比现在的高端PC，诸如12GB内存、2TB硬盘或者是50GB的双层蓝光光盘都是非常常见的了。在上世纪80年代早期，希捷ST-412硬盘可是众多用户幻想中的东西，那时微软和IBM也并不清楚在未来我们需要多大的存储空间。

因此，当前的标准PC所能寻址的最大存储空间为2.1TB，这样的数字在今天来看，肯定很多人都会怪罪于IBM和微软。事实上由于IBM和微软制定了主引导记录分区表的格式，才最终导致了这样的情况，这种主引导记录分区表是所有问题的来源，也正是突破2.1TB容量的瓶颈所在。

首先，硬盘内部的每一个扇区都是要划分地址的，早期的电脑需要使用者手动设置磁头、柱面以及扇区的数目以便为硬盘分配地址，几年后这个系统被LBA（Logical Block Addressing，逻辑区块寻址）所取代。

LBA设置512个字节为一个扇区，每个扇区都有着唯一的地址。当然，一个扇区大小并非只能为512字节。目前硬盘产业正在向4KB扇区过渡，这意味着我们只需更少的地址分配就可以达成更大的存储容量。然而在最近一段时间内，这一举措尚无法达成更大的存储空间。

从之前放出的一份关于部署下一代大容量硬盘的文件中指出，希捷表示4KB扇区在未来一段时间内都无法成为主流，限制来自于硬盘控制器、操作系统以及BIOS等方面。在此期间，硬盘厂商必须仍以512字节为一个扇区为基础发展，即便是面对当前不断增长的容量需求来说也无可奈何。

既然传统的LBA系统最大只能支持2.1TB的容量，同时我们要坚持512字节扇区不变的话，那么采用一个新的LBA系统自然是一个可取的解决途径了。这意味着，我们需要一个新的操作系统去支持。

这个新的LBA系统就是Long LBA，它增加了CDB（命令描述块）的字节数。CDB是用于硬盘和主机间进行通讯的数据格式，其中包含了LBA信息以便硬盘可以知道所要寻址的扇区位置。一个标准的CDB由10个字节组成，其中4字节将用于LBA信息。对于LongLBA来说CDB的字节数增加到了16或32位，其中可以容量8个字节的LBA信息。

最棘手问题 UEFI BIOS普及相当困难

现在的问题是，并非任何操作系统均支持Long LBA，希捷表示这其中包括所有的32位系统，包括Windows XP。测试证明，3TB硬盘在Windows XP上只能识别出990GB。进一步来讲，64位版本的Windows Vista和Windows 7才会支持Long LBA，同时新版本的Linux和Mac OS X也会提供对Long LBA的支持。

也许你觉得只要把操作系统升级到64位这件事太简单了，但是你有没有想过，事实上这只是问题的开始。既然2TB容量对操作系统来说是个界限，那么对电脑中的其他配件或系统来说它也是一个界限。

除了操作系统意外，包括BIOS，硬盘控制器以及设备驱动程序等均存在这样的限制。

当然，驱动是可以通过更新版本的方式来解决，希捷方面自然也可以确保和3TB硬盘相关的RAID控制器可以很好地工作，剩下的唯一问题恐怕就是BIOS了。

正如我们前面所提到的，主引导记录分区表被限制在了2.1TB的容量上，同时你的硬盘的主引导记录或者引导扇区都是BIOS所描述的关于硬盘的信息。显然，如果你的BIOS是基于主引导记录系统的，那么你也就无法从大于2TB的硬盘中启动。可悲的是，目前大部分BIOS均是基于这一系统的。

解决这个问题的方法就是采用新的名为GUID（全局唯一标识符）的分区表。GUID分区表，或者被称为GPT可以让计算机所能允许的存储容量远超过2TB，该分区表规范也是英特尔的EFI（可扩展固件接口）系统的一部分。

EFI是英特尔开发的用于替换繁琐、无法进行写操作的基于文本的BIOS的一种接口。在2005年，EFI被UEFI（统一可扩展固件接口）联盟所接纳，使EFI成为了一种公认的接口标准。

UEFI蕴含着巨大的发展前景，它采用了更加友好的图形界面来面向用户，可以用于安装系统等操作，然而它实现起来也并不容易。

华硕目前正在对UEFI系统进行主板方面的测试。该公司的技术公关大师Bristow表示这项工作相当的困难，他指出：“这并不仅仅是实现UEFI有多么难的问题，而是从头实现要花费多大努力的问题”。

Bristow表示，我们无法简单地通过刷BIOS的方式过渡到UEFI系统，这意味着我们今天的大部分主板都将无法使用超过2TB容量的硬盘。

影响整个产业链 主板厂商需尽快解决

那么，这是否意味着要使用UEFI系统，我们真的要从头做起？Bristow肯定了这个说法，“我的意思是我们需要重新定义、发展并重建BIOS内核，一切都要从‘一’开始，UEFI BIOS和我们目前现有的传统BIOS完全不同”。

根据Bristow的说法，UEFI BIOS和传统BIOS差异巨大，他们甚至不是一种语言所开发的，UEFI基于C语言，而传统BIOS则是采用汇编语言编制的。他们两者之间的差异好比DOS和Windows之间的差异。

所以，当前华硕的任何主板都不会向后兼容UEFI，其中的每一项功能都需要重新开发。

更重要的是，一旦兼容UEFI的主板推出，那么你还必须每一项特性以确保它可以与所有的硬件都相兼容。此外，Bristow还指出这种变化会关联到生产线以及售后服务等，届时要改变很多事情，必须现有的检测工具都需要改变。

传统的BIOS可以算是历史遗迹了，但是它也在不断改变并调整，特别是最近几年这种改变更为明显。但是直接转入UEFI很可能会导致过去数十年的工作价值瞬间尽失。正如Bristow所指出的，由于采用了新的内核，很多资源都需要确保达到和传统BIOS同样的应有的兼容性。

关于相应的UEFI主板的推出，华硕目前还没有一个确切的时间表，但是Bristow已经表明华硕作为主板行业的领导者，绝对拥有足够的技术实力以顺利迈进3TB时代。

事实上，其他主板制造商也在尝试着这一领域，其中一个激进者就是微星，早在很长一段时间之前，微星就推出了配备32MB UEFI ROM的P45主板，并被微星成为ClickBIOS系统。

如今，希捷已经表示将在今年年内正式推出超越2TB容量的硬盘，并将以3.5英寸企业级的方式推出。希捷预计，考虑到多方面的因素，暂时还不太适合消费级市场。

针对进入消费级市场这个问题，希捷的高级产品营销经理Barbara Craig表示目前还有很多问题需要解决，但她相信在企业级版本推出后不久，相关的消费级产品就会上市。

然而，即使从行业端来讲很多事情已经准备完善，但是仍然还有大约20%的工作需要进一步得到保障。

总结：由此来看，硬盘容量迈过2TB向着更高容量进军之时，其困难并不在于自身技术，物理极限肯定会达到，但是这里我们还有一段时间。正如前面提到的，我们将32位系统更换为64位很容易，安装全新的驱动程序也并非难事，目前最为棘手的问题，就是UEFI BIOS的全面普及，显然，为了这方面的全面过渡，几乎整个产业链都将迎来一次改变，让我们期待这一天能够早日到来吧。

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